半导体电子特气用吹扫阀组

飞托克FITOK半导体电子特气用吹扫阀组示意图

 

半导体制造过程中会大量使用到危险气体和化学品,例如广泛应用于 N 型掺杂和化学气相沉积(CVD)等工艺的砷烷(AsH3),是一种无色、易燃且剧毒的气体,仅需 6.25~15.5 ppm 即可在半小时至一小时内使人致命,因此需要在置换气瓶前对气体管路进行彻底吹扫以确保人员安全。

 

随着半导体技术从成熟制程向先进制程演进,制造环节对高纯度管道系统的要求也日益严苛,其中泄漏率是一项关键管控参数。为最大程度降低泄漏风险,除需选择正确的密封方式并规范安装阀门、接头等管道元件外,适当减少管道连接件的数量也是一种非常有效的方法。

 

吹扫阀组用于连接气瓶与特气输送管路。其采用多阀集成设计,将输送、吹扫、排气用阀门及配套管路高度集成在一个阀体中,减少了管道连接点,有效降低了潜在的泄漏风险,尤其适用于有毒有害气体输送系统。在更换气瓶时,采用该阀组对管路进行吹扫,可以彻底清除管路中残留的介质,并排出更换气瓶时可能混入的空气和水分。飞托克吹扫阀组的核心组件为隔膜阀组,具备极低的泄漏率。此外,相较于传统阀组,飞托克吹扫阀组还具有以下优势:结构紧凑占用体积更小、吹扫气体消耗量更低、制造过程停机时间更短、整体生产率更高——这些优势在分秒必争的芯片制造领域具有重要的意义。

 

下图 1 为使用吹扫阀组前后的对比,由于使用吹扫阀组前需要的管道元件较多,所以图中只标识出了部分焊缝。可以看出使用吹扫阀组后,管路所需要的焊缝和管道元件更少了,在气柜内占用的空间更小,且整体重量更轻。飞托克吹扫阀组提供低压(300 psig)与高压(4500 psig)两种版本,可分别适配特气房中的低压气瓶和高压气瓶应用。

 

飞托克吹扫阀组使用前后对比图

 

图 1 使用吹扫阀组前后对比

 

基本结构与功能

 

 

吹扫阀组采用紧凑型模块化设计,通常包含 4 个气体端口和 1 个传感器端口,如图 2 所示。气体经由工艺气体入口(瓶口阀侧)流进吹扫阀组并通过工艺气体出口向工艺管道供气。吹扫气体入口排气口分别用于进入吹扫介质(比如 N2)和排出废气。传感器接口则用于安装压力传感器或压力表,实时监测阀组内部压力状态。

 

飞托克FITOK吹扫阀组的一种典型端口配置图

 

图 2 吹扫阀组的一种典型端口配置

 

  • 工艺气体入口:

    • 通常采用标准气瓶接头(如 CGA、DIN、CGA DISS),也可根据客户需求定制,满足客户不同工况需求。

       

  • 工艺气体出口、吹扫气体入口和排气口:

    • 采用焊接或面密封接头,确保连接的气密性。

       

  • 传感器端口:

    • 标准配置为 IFR4(1/4” 整体阴螺纹 FR 接头),适用于高纯和超高纯工况。

       

  • 猪尾管:

    • 提供吹扫阀组与气体面板之间的柔性连接,通常采用 1/4”(6 mm)管路。相较于需要每年进行泄漏检查的软管,猪尾管连接的设计更为优越。

 

工作原理与操作流程

 

 

吹扫阀组通过多阀集成设计,适用于钢瓶更换前后对管路进行吹扫,以清洁管路,参考图 3 所示。

 

飞托克FITOK吹扫阀组原理图

 

图 3 吹扫阀组原理图

 

1. 更换气瓶前

1.1 关闭用气管路:关闭工艺气体阀,然后关闭瓶口阀。

1.2 排气:打开排气阀,将吹扫阀组内残留气体排干净后,再关闭排气阀。也可以在废气管线配合真空发生器,加快排净残余气体。

1.3 吹扫:打开吹扫阀,使吹扫阀组充压,然后关闭吹扫阀。重复步骤 1.2(排气)。

1.4 多次吹扫:多次重复步骤 1.3(吹扫)。

2. 更换气瓶
3. 更换气瓶后

3.1 多次吹扫:重复多次步骤 1.3(吹扫),也可使用真空泵或者文丘里阀排出更换气瓶时混入管道的杂质。

3.2 工艺气体吹扫:打开瓶口阀,待吹扫阀组充压后,关闭瓶口阀。

3.3 排出工艺气体:打开排气阀,将吹扫阀组内残留气体排干净后,再关闭排气阀。

3.4 工艺气体多次吹扫:多次重复步骤 3.2(工艺气体吹扫)、3.3(排出工艺气体)。

3.5 正常使用工艺气体:打开瓶口阀,打开工艺气体阀。

 

吹扫阀组参数细节

 

 

作为深耕于半导体行业的流体管阀件制造商,飞托克可提供多种配置的吹扫阀组,其技术数据如表 1 所示,可满足多样化的工况需求。

 

 
压力工况 低压 高压
材料 阀体 316L SS、316L SS VAR
隔膜 钴合金
阀座 PCTFE、PFA PCTFE、Polyimide
端口类型 工艺气体入口 气瓶接头
工艺气体出口、吹扫气体入口、排气口 焊接端口、面密封端口
流量系数(Cv) 0.27 0.17
內通径 4.1 mm(0.16 in.) 3.0 mm(0.12 in.)
工作压力 真空至 20.7 bar(300 psig) 气动:真空至 207 bar(3000 psig)
手动:真空至 310 bar(4500 psig)
工作温度 PCTFE:-23~80 ℃(-10~176 ℉)
PFA:-23~150 ℃(-10~302 ℉)
PCTFE:-23~65 ℃(-10~150 ℉)
Polyimide:-23~121 ℃(-10~302 ℉)
泄漏率(氦气) 内漏 ≤ 1 × 10⁻⁹ std·cm³/s ≤ 1 × 10⁻⁹ std·cm³/s
外漏 ≤ 1 × 10⁻⁹ std·cm³/s ≤ 1 × 10⁻⁹ std·cm³/s

 

表 1 吹扫阀组参数表

 

飞托克通过先进的设计和制造工艺,以及严格的质量控制,确保产品即使在苛刻工况下也具备高可靠性。飞托克吹扫阀组具有以下优势:

 

  • 多种工艺气体入口端口:不仅可提供 CGADINCGA DISS 气瓶接头,同时可根据客户需求提供其他形式的端口。
  • 成熟的产品体系:飞托克具备多种类型的隔膜阀、阀组(二阀三通、三阀四通)和集成阀组的制造能力,能设计并制造复杂流道的隔膜阀类产品。
  • 快速交付的能力:飞托克凭借灵活的制造系统、成熟完善的供应链系统和仓储系统,能帮助客户节省采购和库存成本,实现快速交货。

 

飞托克产品在半导体行业有着非常丰富的应用,不仅有各种系列和型号隔膜阀可选,同时可提供满足客户实际工况的阀组,最大限度地满足客户需求。

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